Sistemas Cíber Físicos + Industria 4.0

Desafíos de Investigación y Desarrollo

Instituto de ComputaciónFacultad de Ingeniería

Universidad de la República

Contenido● Sistemas Cíber Físicos: algunos conceptos● grupo MINA: a qué nos dedicamos?● qué estamos haciendo en i4.0?● qué desafíos de i+d vemos en este tema?

SCF: definición?● Cíber – computación, comunicación y control lógico y discreto● Físico – sistemas naturales o construídos gobernados por las leyes de la

física, operando en tiempo continuo● Sistemas Cíber Físicos – sistemas en los cuales ambos componentes están

fuertemente integrados en todas las escalas y niveles– Evolucionar desde la simple aplicación de técnicas “cíber” sobre componentes

físicos– Evolucionar desde la idea de “componentes computacionales estándar” que forman

parte de un sistema físico– Evolucionar desde soluciones ad hoc hacia conocimiento y desarrollo con

fundamentos y asegurado

SCF: definición?● Integración de sistemas físicos y procesos con computación en red

● La computación y las comunicaciones están embarcados e intractúan profundamente con los sistmas físicos, agregándoles nuevas capacidades

● Cubren una amplia escala de aplicación (desde el marcapasos al grid de energía)

(Algunos) dominios de aplicación● Salud

– Dispositivos médicos– Redes de gestión de la salud

● Transporte– Electrónica automotriz– Redes de vehículos y carreteras

inteligentes– Aviación y gestión del espacio aéreo– Aviónica– Sistemas de trenes y vías

● Control de Procesos● Sistemas de defensa

● Infraestructuras de gran escala– Monitorización y controlde infraestructuras

físicas– Generación y distribución de energía– Control de edificios y medio ambiente

● Operaciones tele-físicas– Telemedicina– Tele-manipulación

● Agricultura y ganadería– Monitorización inteligente de cultivos– Agricultura y ganadería de precisión

Definiciones del grupo de SCF de la Univesidad de Berkeley:

“As a discipline, CPS is an engineering discipline, focused on technology, with a strong foundation in mathematical abstractions. The key technical challenge is to conjoin abstractions that have evolved over centuries for modeling physical processes (differential equations, stochastic processes, etc.) with abstractions that have evolved over decades in computer science (algorithms and programs, which provide a "procedural epistemology". The former abstractions focus on dynamics (evolution of system state over time), whereas the latter focus on processes of transforming data. Computer science, as rooted in the Turing-Church notion of computability, abstracts away core physical properties, particularly the passage of time, that are required to include the dynamics of the physical world in the domain of discourse.”

Líneas de investigación

● MINA – Network Management | Artificial Intelligence– “MINA Is Not an Acronym”

● Verticales– Gestión de Redes Inalámbricas– Navegación Robótica– Internet de las Cosas

● Transversales– Infraestructura de Redes y Cómputo– Procesos de Decisión– Fundamentos de los Sistemas Cíber Físicos

Redes● Redes de sensores, Redes Oportunistas, Gestión autonómica:

– RAN (2006-2008), Abran+Demos(2009-2011)– SCAN+CUDEN+MOSAIC (2009-2016)

● Cloud, virtualización,SDN:– SLA4CLOUD (2014-2016), VNET (2017-2019)– RAUflow+RAUSwitch (2014-2016)

● Redes ópticas, 5G, Datacenter● Laboratorio Académico de Redes (LAR), desde 2011● Proyectos de Ingeniería de Tráfico y Enrutamiento desde 2005● Participación en proyectos europeos (7o Programa Marco, H2020, otros)● Tesis de Posgrado (Maestrías/Doctorados)

– Gestión/Control de Redes, Optimización de Redes Ópticas, Gestión basada en políticas: conflictos, Redes Oportunistas, Slicing en 5G, Clasificación de tráfico, Ingeniería de Tráfico en Internet,...

Robótica● Proyectos I+D

– Robótica educativa● 2010, Butiá 1.0 (ANII)● 2012, Butiá 2.0 (ANTel)● 2014, Butiá 3.0 (ANTel)

– Agro● 2013, Navegación autónoma en plantaciones para tareas de recolección (INIA)● 2018, Navegación exterior basada en imágenes (Innovagro: ANII/INIA)

– Robótica hogareña/servicio ● 2017 Robocup (autofinanciado)

– Energía● 2018, Inspección de palas de aerogeneradores con drones autónomos (1ra Fase, FSE)

● Tesis de Posgrado (Maestrías/Doctorados)– Arquitecturas cooperativas, Planificación de movimientos, Robótica bioinspirada,

Navegación basada en aprendizaje automático, Exploración cooperativa multirobot.

IoT: definición?● Cualquier dispositivo expuesto en Internet, que

históricamente no lo estaba, transmitiendo y recibiendo datos, en roles de sensores y actuadores– Algunas características propias

● Restricciones● Dinamismo● Heterogeneidad● Alcanzabilidad

Industria 4.0● Industria 4.0

– Transformación digital end-to-end de todo el proceso de producción y de los procesos de apoyo y decisión, considerando al cliente como un participante fundamental en la posibilidad de definir las características deseadas para “su” producto y para poder influenciar en los aspectos logísticos relacionados.

● Internet Industrial– Integración de la nueva generación de TICs con la industria

tradicional, y con la participación fundamental de los clientes.

Algunas conceptos claves para implantar y sustentar el ecosistema de i4.0

● Digitalización

● Datos

● Conectividad

● Inteligencia (smart *)

● Información, conocimiento

● Eficacia

● Eficiencia

● Reducción de costos

● Integración

● Optimización

● Convergencia

● Inteligencia Industrial: de los procesos de negocio a los procesos de producción

● Experiencia del cliente

● Partes interesadas

● Economía digital

● Red de suministros digital

● * by design

● Bienestar

Qué estamos haciendo respecto a i4.0?

● Identificando– los desafíos que conlleva su adopción– los requerimientos en cuanto seguridad, en un sentido amplio

● Analizando– Mejores prácticas, recomendaciones, experiencias– Modelos de referencia

● Objetivo a corto plazo: – elaborar una propuesta de adopción de (I)IoT en Uruguay

IIoT: Convergencia OT - IT● Confiabilidad

– Nivel del certeza con el que el sistema se comportará de acuerdo a ciertas características en un contexto de amenazas

i4.0 - IIoT● Algunos de los actores más relevantes respecto a estándares,

metodologías, mejores prácticas y arquitecturas de referencia

Arquitecturas de Referencia

Desafíos de i+d● Conocer la realidad para:

– Elaborar/adaptar modelos de referencia

– Elaborar/adaptar modelos de madurez

● Conectividad● Gestión● Orquestación● Escalabilidad● Flexibilidad

● Resiliencia● Seguridad● Privacidad● Adopción● Responsabilidad● Certificación● IT+OT

Preguntas?

Gracias!Facundo Benavides - fbenavid@fing.edu.uy

Eduardo Grampín – grampin@fing.edu.uy

Leonardo Vidal – lvidal@fing.edu.uy